Оптимизация уплотнения грунта в основании зданий и сооружений с учетом геологических особенностей южной части Казахстана

Д.т.н. Бровко И.С., магистрант Атамбаев И.Б.

Южно-Казахстанский государственный университет им. М. Ауезова, Казахстан

Уплотнение грунта трамбованием требует наработки большого производственного опыта, который был получен строителями южного Казахстана в течение десятилетий на многих строительных объектах.

Метод отличается относительной экономичностью, быстротой и возможностью оперативного внесения поправок, если качество уплотняемого грунта не соответствует проектному. Уплотнение грунта можно осуществлять на юге большую часть календарного года. Обычно наилучший эффект уплотнения в местных условиях достигается при следующих параметрах: диаметр свободно падающего снаряда с круглой плоской подошвой – 1,5¸2 м, масса – 5 т. , высота сбрасывания 5-6 м, базовый агрегат – драглайн Э10011.

Для строительных организаций, выполняющих уплотнение грунта определяющим критерием трамбования является количество ударов по одному месту, которое производится до того момента, пока не появляются зоны выпора грунта рядом со следом падения трамбовки. В свою очередь, количество ударов зависит от нескольких факторов, главным среди которых на наш взгляд, является влажность грунта.

В соответствии с теорией уплотнения трехфазных грунтов между изменением объема пор грунта в процессе динамического уплотнения d_v и количеством ударов груза n_i постоянной массы, падающего с неизменной высоты, имеется обратно пропорциональная зависимость.

Отсюда следует, что между объемом образца трехфазного грунта V_iи количеством ударов груза n_i при уплотнении в условиях постоянной влажности W=const проявляется логарифмическая зависимость

V_i= V-1/m’ lg n_i/n, (1)

где V- объем образца после некоторого количества ударов груза (обычно n=1);

1/m’ – угловой коэффициент, характеризующий интенсивность уплотнения.

Уравнение (1) удобнее представить в виде

1/ρ_di= 1/ρ_d-1/mlg n_i/n, (2)

где 1/ρ_d-1/ - удельные объемы сухого грунта при n=1 и n_i, см³/г.

Уравнение (2) обнаруживает логарифмическую зависимость между удельным объемом сухого грунта и количеством ударов при уплотнении в условиях влажности.

Уплотнение образцов связных грунтов в условиях невозможности бокового расширения всегда заканчивается конечной фазой уплотнения, характеризующей невозможность дальнейшего уплотнения даже при значительном увеличении количества ударов.

Многочисленные экспериментальные исследования показали, что максимальные значения степени водонасыщения образцов в конце уплотнения S_τ = 0,91…0,98.

При известной величине S_τ минимальный удельный объем сухого грунта в конечной фазе уплотнения может быть предсказан заранее на основании известных фазовых соотношений

1/ρ_di= 1/ρ_s + w₀/ ρ_w S_τ₀₁, (3)

где ρ_w – плотность (1 г/см³);

S_τ₀₁ – заданная степень водонасыщения.

Приведем далее анализ определения оптимальных условий трамбования, выполненный на основе данных института ЮжГИИЗ

(таблица 1).

Таблица 1. Классификация данных натурных исследований

№	Влажность грунта, уплотняемого трамбованием, %	Объекты	Количество ударов по одному следу	н_упл – толщина уплотненной зоны от влажности грунта, м
1	2	3	4	5
1	W=0,12-0,16	КПД №6; №8 в 17 мкр, Пивоваренный завод, общежитие хлопчатобумажного комбината и т.д.	18-22	1,2
2	W=0,18-0,19	Дом №11 в 15 мкр, котельная в 15 мкр, общежитие педучилища по ул.Гагарина и т.д.	12	2,05
3	W=0,20-0,25	Дом №14 в 12 мкр; дом №3 в 17 мкр; дом №1 в 15 мкр.	5-7	1,0
4	Насыпные грунты, влажность которых W=0,11-0,15, специально не создавалась	Дом №10 в 17 мкр, детсад в 11 мкр, дом №17 по пр. Кабанбай-батыра	13-14	2,0

Далее приведем эти данные в виде графиков (рисунок 1).

Рисунок 1. График зависимости числа ударов, удельного веса сухого

грунта, толщины уплотненной зоны от влажности грунта.

а) n – число ударов от влажности грунта;

б) g_d – удельный вес сухого грунта от влажности грунта;

в) н_упл – толщина уплотненной зоны от влажности грунта.

Из графиков видно, что:

а) при влажности w=0,18-0,19% количество ударов по одному следу n=12, при этом глубина зоны уплотнения h_упл=2,05м с достаточным удельным весом сухого грунта g_d=17,4 кН/м³;

б) при влажности w=0,12-0,16% количество ударов по одному следу n=19, при этом глубина зоны уплотнения h_упл=1,2м с удельным весом сухого грунта g_d=18 кН/м³.

Недостатками данного метода являются:

- создание строго оптимальной влажности уплотняемого грунта, что сопровождается существенными техническими трудностями;

- динамические воздействия, сопутствующие этому методу, отрица-тельно сказываются в условиях стесненной застройки.

Вывод: наиболее приемлемой влажностью при уплотнении трамбованием лессовых просадочных грунтов I типа является W=0,18¸0,20, при которой достигается при относительно небольшом количестве ударов максимальная (из исследованных случаев) глубина зоны уплотнения h_упл=2,05м с достаточным g_d=17,4 кН/м³.